能量守恆定律是自然界中的一條基本定律，它表明在一個封閉或孤立系統內，總能量保持不變。這個定律可以表述為：一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量包括系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式，如化學能、電能、輻射能等。在孤立系統中，即沒有能量或質量傳入或傳出的情況下，總能量保持不變。能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其他物體，但總量保持不變。
能量守恆定律的公式可以表示為：
E1 = E2
這意味著初始態的總能量等於末態的總能量。這個公式適用於各種情況，包括但不限於機械能守恆和動量守恆。
在機械能守恆的情況下，動能（Ek）和勢能（Ep）可以相互轉化，但機械能的總和保持不變。公式為：
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
這適用於只有重力或系統內彈力做功的物體系統。
動量守恆定律則指出，在一個系統不受外力或所受外力之和為零的情況下，系統的總動量保持不變。公式為：
m1v1 + m2v2 + … = m1v1' + m2v2' + …
這裡的速度是指作用前後的瞬時速度。
愛因斯坦的質能方程 E=mc^2 提供了能量和物質之間的深層次聯繫，說明了在特定情況下，如核反應中，物質可以通過轉化為能量或反之，但總的能量和物質總量仍然保持不變。